基于ESO的无速度传感器PMSM系统自适应滑模FCS-MPC

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的性能,基于反双曲正弦函数的扩张状态观测器(ESO)技术,提出一种新颖的无速度传感器自适应滑模有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,采用ESO技术构造PMSM系统转速和反电动势的观测器,实现对电机转速和反电动势快速准确估计.用带有负载ESO的自适应滑模控制作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用基于快速矢量选择的FCS-MPC策略,达到减少转矩脉动、降低系统算法计算量的目的.仿真结果表明,基于ESO的无速度传感器自适应滑模FCS-MPC策略能够使PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于积分型滑模面的自适应滑模FCS-MPC策略相比,所提出的控制策略能使系统具有良好的动态性能和抗负载干扰能力.     

带有非匹配扰动的连铸结晶器振动位移系统自适应反步滑模控制

针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在非匹配的参数不确定性、干扰等问题,提出一种基于非线性扩张状态观测器(ESO)的自适应反步滑模控制方法.首先,基于双曲正切函数和高增益构造ESO对系统中的非匹配扰动进行估计.然后,利用反步法将非匹配扰动视为匹配扰动进行处理, 并在每一步设计自适应积分滑模控制器,以消除非匹配扰动对系统的影响.另外,在反步设计的后两步引入了积分滑模滤波器用于估计前一步虚拟控制律的导数.理论分析表明,所设计的ESO能够保证估计误差收敛到原点附近的小邻域内;所设计的控制器能够保证闭环系统所有信号有界,并且,通过选取适当的参数能够保证系统状态可渐近收敛到原点.最后,通过仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的建模及分散控制

针对具有多变量、非线性、强耦合和不确定性的可逆冷带轧机速度张力系统,提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的全局积分滑模自适应反步分散控制方法.首先,采用机理建模方法,建立了相对完备的可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的数学模型.其次,将各子系统的耦合项和不确定项看成外扰,通过构造的ESO对其进行动态观测,并分别引入所设计的全局积分滑模自适应反步控制器中进行补偿,速度张力系统实现了有效的动态解耦和协调控制.理论分析表明,所提出的控制方法能够保证滑模面的渐近稳定和闭环系统的渐近跟踪性能.最后,基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真,结果验证了所提方法的有效性.     

不确定离散时间系统积分滑模保性能控制

针对不确定离散时间系统,研究其积分滑模（ＩＳＭ）保性能控制的设计问题．将最优保性能积分滑模面设计问题,转化为一个具有线性矩阵不等式（ＬＭＩ）约束的目标函数凸优化问题,给出了最优保性能积分滑模面存在的充分条件,并结合干扰估计器设计相应的保性能控制器．与传统滑模控制相比较,积分滑模保性能控制系统具有全阶滑动模态,系统的鲁棒性得到加强,消除了控制抖振和稳态抖振．仿真结果验证了该方法的有效性．

     

不确定离散时间系统积分滑模保性能控制

针对不确定离散时间系统,研究其积分滑模（ＩＳＭ）保性能控制的设计问题．将最优保性能积分滑模面设计问题,转化为一个具有线性矩阵不等式（ＬＭＩ）约束的目标函数凸优化问题,给出了最优保性能积分滑模面存在的充分条件,并结合干扰估计器设计相应的保性能控制器．与传统滑模控制相比较,积分滑模保性能控制系统具有全阶滑动模态,系统的鲁棒性得到加强,消除了控制抖振和稳态抖振．仿真结果验证了该方法的有效性．     

带扩张状态观测器的PMSM双滑模控制北大核心CSCD

立足于提高永磁同步电机调速系统的可靠性和鲁棒性,在矢量控制基础上提出了带扩张状态观测器(ESO)的双滑模控制方法。设计了改进型扩展滑模观测器的无速度传感器策略,利用锁相环提取转子位置和转速信息,节约了成本,提高了系统可靠性;设计了新型变指数趋近律滑模速度控制器取代PI控制器,通过扩张状态观测器对扰动项进行补偿得到期望的q轴电流,提高了系统的快速性和鲁棒性。仿真结果验证了控制方案的有效性与正确性。     

基于改进型积分终端滑模控制方法的移动机器人轨迹跟踪设计与实验

为了使移动机器人获得高精度和快速收敛的跟踪性能,设计一种基于积分终端滑模和滑模观测器的轨迹跟踪控制方法.首先,考虑到移动机器人在实际运动过程中会受到地面湿滑、摩擦等原因引起的侧滑扰动的影响,建立其在该扰动影响下的运动学模型;然后,利用该动态模型设计滑模观测器来估计系统受到的扰动;接着,将估计的扰动值前馈至反馈控制器,用来抑制扰动对系统控制性能的影响,从而达到削弱抖振的目的;同时,基于跟踪误差设计积分终端滑模面,并结合滑模面和扰动估计设计新型积分终端滑模控制器;最后,基于Lyapunov稳定性理论对整个闭环系统进行稳定性分析.仿真实验结果表明,所设计的控制器具有更高的跟踪精度和更强的鲁棒性.     

含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统滑模控制算法

针对含有非匹配干扰和未知动态的非仿射系统控制问题,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进滑模控制(SMC)方案.本文首先利用扩张状态观测器,将原系统转变为一个包含干扰的二阶积分级联系统,使含有未知动态的非仿射系统控制器设计问题转化为二阶积分级联系统的控制器设计问题,从而使得控制器在设计过程中不需要对对象模型完全已知.为了改善ESO的瞬态性能,提出了一种含有预设性能函数(PPF)的改进ESO,利用PPF对估计误差进行约束,抑制ESO收敛过程中的振荡和超调.其次,提出了一种带有修正项的改进滑模面,在降低ESO估计误差所带来的非匹配干扰影响的同时,也提高控制系统的收敛速度和跟踪精度.仿真算例表明,所提的改进ESO能够更快收敛,振荡次数显著减少,改进的滑模控制能够处理非匹配干扰的影响,并获得更快的收敛速度以及更高的跟踪精度.     

基于模糊扰动观测器的PMSM积分滑模控制研究

为了克服传统永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)的滑模控制增益大容易产生抖振的问题,提出基于模糊观测器的PMSM积分滑模控制策略。采用新型趋近律设计积分滑模控制器取代传统的滑模控制器,提高系统的动态响应性能。结合模糊控制与自适应控制的特点,设计模糊扰动观测器,能够迅速有效地观测系统内部参数变化和外部扰动,并对积分滑模速度控制器进行前馈补偿,削弱系统抖振的同时提高了系统的鲁棒性。通过李雅普诺夫理论证明了该控制系统的稳定性。仿真及实验结果验证了该方法具有较强的鲁棒性,可以实现良好的跟踪效果并且无抖动。     

限定初始状态非线性取代积分滑模算法的研究

针对常规滑模控制算法抑制抖振的边界层方法存在稳态误差的缺点,考虑在常规滑膜面基础上加一个跟踪误差的积分项,这就是常规积分滑膜控制器。积分项的引入虽然可以减少稳态误差,补偿模型的不确定性,但是在大的初始误差条件下,大的超调和长的调节时间会使系统的暂态性能恶化甚至可能出现积分windup效应导致整个系统的不稳定,同时为了克服常规滑模控制在到达阶段不具有鲁棒性的缺点,又设计了限定初始状态非线性取代积分滑模控制器。通过仿真结果可以看出这种滑模控制器不但能够较好地削弱稳态误差和抑制抖振,而且也具有较好的鲁棒性。     

Adaptive Sliding Mode Control for Re-entry Attitude of Near Space Hypersonic Vehicle Based on Backstepping Design

Combining sliding mode control method with radial basis function neural network (RBFNN), this paper proposes a robust adaptive control scheme based on backstepping design for re-entry attitude tracking control of near space hypersonic vehicle (NSHV) in the presence of parameter variations and external disturbances. In the attitude angle loop, a robust adaptive virtual control law is designed by using the adaptive method to estimate the unknown upper bound of the compound uncertainties. In the angular velocity loop, an adaptive sliding mode control law is designed to suppress the effect of parameter variations and external disturbances. The main benefit of the sliding mode control is robustness to parameter variations and external disturbances. To further improve the control performance, RBFNNs are introduced to approximate the compound uncertainties in the attitude angle loop and angular velocity loop, respectively. Based on Lyapunov stability theory, the tracking errors are shown to be asymptotically stable. Simulation results show that the proposed control system attains a satisfied control performance and is robust against parameter variations and external disturbances.      

基于有限时间扰动观测器的四旋翼编队控制

针对复杂飞行环境下的多四旋翼飞行器系统,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的主从编队控制策略(FTESO-LFFC).对于领航者子系统,提出一种积分滑模控制(ISM)策略,通过引入的积分项,消除了传统滑模控制中的趋近阶段,提高了系统的鲁棒性.对于跟随者子系统,提出一种非奇异终端滑模控制(N TS M)策略,该方法在解决...     

再入飞行器姿控系统的准连续高阶滑模设计

针对存在参数不确定性和外扰的飞行器再入姿态控制问题,提出一种基于准连续高阶滑模的控制方案.首先基于奇异摄动理论将姿态控制系统分为快、慢两回路;随后在慢回路滑模控制系统设计中利用范数型切换函数代替符号函数以使虚拟控制量平滑连续;在快回路设计中,基于积分型快速终端滑模、反馈控制和准连续高阶滑模控制理论设计快回路控制系统.理论分析和仿真结果均表明,该控制方案在增强系统鲁棒性的同时能够有效削弱系统抖振.     

飞翼布局无人机分数阶积分滑模姿态控制

针对存在复合干扰的飞翼布局无人机(UAV)姿态控制问题,提出了一种基于分数阶积分滑模与双幂次趋近律的姿态跟踪控制方案.结合分数阶微积分及滑模变结构控制理论,设计了分数阶积分滑模面.为解决传统趋近律收敛时间长和抖振严重等不足,提出一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律.在名义控制律的基础上,设计super twisting滑模干扰观测器,实现对复合干扰的估计和补偿,增强内外环控制器应对复合干扰的鲁棒性.为充分利用冗余操纵面与解决非线性舵效问题,在飞行控制系统中引入了非线性控制分配环节.仿真结果验证了所提方案的有效性.     

An Extended State Observer Based Fractional Order Sliding‐Mode Control for a Novel Electro‐Hydraulic Servo System with Iso‐Actuation Balancing and Positioning

An extended state observer based fractional order sliding‐mode control (ESO‐FOSMC) is proposed in this study, with consideration of the strong nonlinear characteristics of a new electro‐hydraulic servo system with iso‐actuation balancing and positioning. By adopting the fractional order calculus theory, a fractional order proportional–integral–derivative (PID)‐based sliding mode surface was designed, which has the ability to obtain an equivalent positioning control with fractional order kinetic characteristics. By introducing the integral term into the sliding mode surface, it was found to be beneficial in reducing the steady‐state errors, as well as improving the precision of the control system. Also, by using the fractional order calculus to replace the integral calculus, the form of the convergence is improved; the system transfer of energy is slowed down; and the chattering of the system is greatly weakened. The extended state observer was designed to observe the real‐time disturbances, and also to generate the compensation control commands which are added to the FOSMC to achieve the dynamic compensation. By means of numerical simulations, the dynamic and static characteristics of the sliding mode control system were compared with those of the FOSMC and ESO‐FOSMC. The experimental results show that the ESO‐FOSMC system could effectively restrain the external disturbances and achieve higher control precision, as well as better control quantity without chattering. The semi‐physical simulations based experimental tests also demonstrated that the proposed ESO‐FOSMC outperformed the FOSMC in terms of system robustness and control precision, which could have a stable control of the gun system quickly and accurately.     

Reduced-order Generalized Proportional Integral Observer Based Continuous Dynamic Sliding Mode Control for Magnetic Levitation System with Time-varying Disturbances

In order to reduce the influence of time-varying disturbances for magnetic levitation system, we propose a reduced-order generalized proportional integral observer (RGPIO) based continuous dynamic sliding mode control scheme for magnetic levitation system in this paper. Unlike the popular extended state observer (ESO), it could deal with constant or slowing varying disturbances from theoretical point of view, the reduced-order generalized proportional integral observer (RGPIO) is designed to estimate the time-varying disturbances and system states, then the dynamic sliding mode surface is developed and deduce a continuous sliding mode controller (CSMC) for magnetic levitation system. Compared with ESO based continuous sliding mode controller, the proposed method not only ensures the position tracking accuracy, but also obtain better time-varying disturbance reject ability. Simulation and experimental results are also given to verify the effectiveness.